7.它们的精确性是以大量原子的介入为基础的第一个例子（顺磁性）

说到这里，我不妨用几个例子来说明这点。以下是从众多的例子中随意挑选出来的几个，对于初次涉及自然科学的读者来说不一定是最好的例子。自然界的状况在现代物理学和化学中是最基本的概念，就像生物学中有机体是由细胞构成的，或者天文学中的牛顿定律，甚至数学中的自然数数列1，2，3，4，5……等基本事实一样。因此，我并不奢望一个初涉这一问题的读者读了下面几页就能彻底理解和解释这个问题。这个问题是与路德维希·玻耳兹曼6、威拉德·吉布斯7的光辉名字联系在一起的，在教科书中称之为“统计热力学”。

图1　顺磁性

如果在一个长方形石英管里注入氧气，并且把它放进磁场，你就会发现气体被磁化了8。由于氧分子是一些小的磁体，于是它们就会像指南针似的始终与磁场保持平行的趋势，这样我们就看见了气体磁化的现象（图1）。也许你会误认为它们都与磁场的单一方向平行，其实不是这样的。因为如果你增加磁场，氧气中的磁化作用也随之增强，更多的氧气分子就会趋向于这个方向。磁化效应会随着磁场强度的增加而增强，它们之间是一种正比例的关系。

这个例子是纯粹统计定律中最为清楚明晰的。一方面，磁场总是向着确定的方向变化，另一方面它却不断地遭到热运动的随机取向的干扰。于是，这种不同取向的斗争最后使得磁偶极子轴（氧分子小磁体的南北极轴）同方向间的夹角小于90°，并且这种情况远远超过大于90°的情况。尽管正如前文所说，单个原子总是无休止地改变取向，然而由于它们数量巨大，所以从大体上去看，趋向于场的方向并与场强成比例的趋向是比较明显的。这种突破性的解释是由法国物理学家P.郎之万9做出的。理论上的解释还可以通过下面的方法来验证：如果我们看到的弱磁化现象确实是两种相互排斥的趋势平衡的结果，并且使得大部分分子平行于磁场，而在这其中存在着热运动的随机取向干扰，因此我们可以尝试通过降低温度来代替加强磁场。从理论上来讲，这是有可能的。实验也证实了这一点，磁化作用与绝对温度成反比，与理论预期大体上相符。现代科学实验的装备可以把热运动降低到我们难以想象的地步，从而可以使我们更加直观地发现磁场的完全取向效应。即便不是完全的取向效应，至少也是部分的“完全磁化”。随着场强的增大，磁化作用的增强并没有进一步提高，反而越来越少，接近于“饱和”了。这种理论上的期望也在实验中有所证实了。

不过，我们不能忽视的一点是，以上情况的出现受磁化作用时参与其中的分子数量的限制。如果没有这一限制的话，那么磁化就不是恒定的了，而是无休止的不规则变动。这是热运动与磁场之间相互作用制衡的有力证明。